基于單片機(jī)STM32的環(huán)境檢測(cè)教室系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

李張麗，鐘玲玲，李峰，李長(zhǎng)凱

（安徽新華學(xué)院，安徽合肥，230088）

在日常學(xué)習(xí)生活中，有時(shí)需要對(duì)環(huán)境的溫濕度以及噪聲濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，來了解溫濕度和噪聲濃度是否在規(guī)定的范圍內(nèi)，以保證周圍環(huán)境的舒適度，利用STM32F款單片機(jī)為控制核心，溫濕度傳感器和分貝傳感器為采集電路、TFT液晶屏語音播報(bào)為顯示電路，是實(shí)現(xiàn)教室環(huán)境檢測(cè)的一種簡(jiǎn)單有效的方法[1-2]。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)有九個(gè)部分組成：有STM32F103ZE單片機(jī)、DHT11溫濕度傳感器、HH_06.03分貝傳感器、單片機(jī)復(fù)位、獨(dú)立按鍵、時(shí)鐘震蕩、TFT液晶顯示、語音播報(bào)和LED警示燈。主要利用STM32微控制器實(shí)現(xiàn)兩個(gè)模擬量的采集，采集的溫濕度信號(hào)和分貝信號(hào)，根據(jù)MCU發(fā)出的命令，出現(xiàn)對(duì)應(yīng)的信息，該信息當(dāng)作與外界的交互。本次設(shè)計(jì)出來的環(huán)境檢測(cè)教室系統(tǒng)主要采用DHT11溫濕度傳感器和主動(dòng)型的HH_06.03分貝傳感器實(shí)時(shí)采集教室的溫濕度和分貝值，并在TFT液晶屏上以平面模擬動(dòng)畫的形式實(shí)時(shí)顯示溫濕度值。如果環(huán)境中出現(xiàn)溫濕度異?；蛟肼暦重愡^高就會(huì)引起LED警示燈亮起來引起警示。此系統(tǒng)會(huì)根據(jù)對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)顯示出相應(yīng)的燈，作為與外界的交互。從而來檢測(cè)教室的環(huán)境。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

選用 STM32F103ZET6芯片為核心板。加上外設(shè)備組成單片機(jī)最小系統(tǒng)[3]。溫濕度采集:采用DHT11溫濕度傳感器實(shí)時(shí)采集教室的溫濕度，并在TFT液晶屏上以平面模擬動(dòng)畫的形式實(shí)時(shí)顯示溫濕度值。分貝值的搜集篇：準(zhǔn)時(shí)搜集教室的分貝值是利用主動(dòng)HH_06.03分貝傳感器，將分貝值用平面仿真動(dòng)畫以及數(shù)字的形式及時(shí)浮現(xiàn)在TFT液晶顯示屏上。萬年歷篇:利用單片機(jī)內(nèi)部RTC時(shí)鐘資源，顯現(xiàn)年、月、日、時(shí)、分、秒等。TFT液晶顯示篇：根據(jù)MCU給出的命令，出現(xiàn)對(duì)應(yīng)的信息，該信息當(dāng)作與外界的交互。語音進(jìn)行播報(bào)篇：采集到的信號(hào)沒有做過數(shù)據(jù)處理問題之后，根據(jù)MCU發(fā)出的指令，播報(bào)相應(yīng)的內(nèi)容。LED警示燈篇：根據(jù)環(huán)境的不同按鍵進(jìn)行操作，對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)顯示出了相應(yīng)的燈，作為與外界的交互。獨(dú)立鍵盤:分別播放不同信息的功能。

■2.1 溫濕度以及分貝值測(cè)量模塊

現(xiàn)如今社會(huì)生活之中，功能繁多的電子產(chǎn)品已經(jīng)給我們的生活帶來諸多的便捷，本次設(shè)計(jì)，是利用STM32微控制器實(shí)現(xiàn)兩個(gè)模擬量的采集，傳統(tǒng)的溫度檢測(cè)主要是熱電容器的溫度傳感器，但熱電容器的可靠性差，測(cè)量溫度精度低，必須轉(zhuǎn)換成一個(gè)特殊的接口電路，變成一個(gè)數(shù)字信號(hào)，由微控制器處理。采用DHT11溫濕度傳感器溫度、濕度可以同時(shí)采集，靈敏度高。有噪聲時(shí)使用HH_06.03分貝傳感器來采集分貝值，靈敏度高，功耗小。因此直接用DHT11類傳感器、 分貝HH_06.03型兩種傳感器，自帶模數(shù)轉(zhuǎn)化小巧又異常靈敏[4]。溫濕度采集和分貝值采集電路原理圖如圖2、圖3所示。

圖2 溫濕度采集原理圖

圖3 分貝值采集原理圖

■2.2 LCD 模塊

這是一個(gè)通用的液晶模塊接口，支持全系列TFTLCD。LCD 是在兩片平行的玻璃基板當(dāng)中放置液晶盒，上基板和下基板玻璃上分別設(shè)置彩色濾光片和TFT（薄膜晶體管），通過TFT上的信號(hào)與電壓改變來控制液晶分子的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，從而達(dá)到控制每個(gè)像素點(diǎn)偏振光出射與否而達(dá)到顯示目的。LCD模塊中的DB0-DB8和DB9-DB17引腳是按順序與STM32F103ZE單片機(jī)中D0-D15引腳相連接的，其中LCD的35引腳和36引腳分別連接一個(gè)3.3V的高電平和一個(gè)低電平，在這兩個(gè)引腳中間還連接了一個(gè)0.1μF的電容，從而實(shí)現(xiàn)液晶屏相關(guān)信息的顯示。LCD 模塊接口原理圖如圖4所示。

圖4 LCD 模塊接口原理圖

■2.3 語音播報(bào)電路

此電路模塊用于串行數(shù)據(jù)通訊接口。其中SYN6288中文語音合成芯片是一款能使效果更自然的中高端語音合成型芯片。在語音播報(bào)模塊中SYN6288芯片有一組異步串行通訊接口，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。SYN6288是用VDDPP/VSSPP引腳電路進(jìn)行電源供電，TxD和RxD和GND來實(shí)現(xiàn)串口通信。而其他的引腳，如Ready/Busy引腳信號(hào)為低電平時(shí)說明芯片正在等待接收數(shù)據(jù)，是可以接到STM32F103ZET6單片機(jī)的中斷輸入源上，來去產(chǎn)生一個(gè)有下降沿的中斷請(qǐng)求發(fā)送數(shù)據(jù)，來讓STE32F103ZET6單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)給SYN6288。語音播報(bào)電路原理圖如圖5所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

主程序的主要功能是將系統(tǒng)函數(shù)子程序按照一定的先后順序和邏輯順序進(jìn)行排列和組合，從而便于函數(shù)的調(diào)用和取讀。此次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)想要檢測(cè)到教室環(huán)境的溫濕度和分貝數(shù)據(jù)去送到STM32F103ZE單片機(jī)中，都離不開各個(gè)模塊的共同合作，其中各個(gè)模塊數(shù)據(jù)的處理也是離不開STM32F103ZE單片機(jī)的處理。從系統(tǒng)的初始化時(shí)，其屏幕就開機(jī)，系統(tǒng)開始調(diào)用萬年歷的模塊，其中的溫濕度傳感器和HH_06.03分貝傳感器受外界教室環(huán)境測(cè)得數(shù)據(jù)在調(diào)用定時(shí)器和串口將數(shù)據(jù)傳送到STM32F103ZE單片機(jī)上處理后，系統(tǒng)在掃描是否有按鍵按下，掃描到在傳送到LCD模塊上顯示，再顯示LED警示燈上，來顯示教室內(nèi)的環(huán)境狀態(tài)，最后用語音播報(bào)本系統(tǒng)檢測(cè)到教室內(nèi)環(huán)境的現(xiàn)狀。主程序流程圖如圖6所示。

圖6 主程序流程圖

4 系統(tǒng)測(cè)試

以MCU—STM32F單片機(jī)為控制核心、DHT11溫濕度傳感器、主動(dòng)型HH_06.03分貝傳感器采集的數(shù)據(jù)，通過TFT液晶顯示屏作為交互設(shè)備實(shí)時(shí)顯示，并拓展了LED警示燈、語音播報(bào)等功能，輔助檢測(cè)教室環(huán)境。從實(shí)物圖可以很清晰的看出教室環(huán)境的溫濕度以及噪聲濃度分貝值。其中，紅色條形圖上方的數(shù)字是利用單片機(jī)內(nèi)部RTC時(shí)鐘資源，顯現(xiàn)出的年、月、日、時(shí)、分、秒等。紅色條形圖代表噪聲濃度分貝值、藍(lán)色代表教室的濕度，綠色代表教室的溫度，可以幫助人們很好的找到教室環(huán)境的舒適度，使教室管理更加智能化、規(guī)范化和簡(jiǎn)潔化。本次設(shè)計(jì)硬件實(shí)物圖如圖7所示。

圖7 硬件實(shí)物圖

5 結(jié)論

本文是基于單片機(jī)STM32F103ZET6設(shè)計(jì)并完成的環(huán)境檢測(cè)教室系統(tǒng)，系統(tǒng)以STM32F103ZET6單片機(jī)為控制核心，溫濕度傳感器和分貝傳感器為采集電路、TFT液晶屏語音播報(bào)為顯示電路、外圍電源、時(shí)鐘電路等組成。利用STM32微控制器采集模擬量，相對(duì)于傳統(tǒng)的熱電容器的溫度傳感器，可靠性更高，測(cè)量精度更準(zhǔn)確；此外本系統(tǒng)采用兩種傳感器自身攜帶模數(shù)轉(zhuǎn)化，送至單片機(jī)間進(jìn)行交互處理，靈敏度高、功耗小，應(yīng)用的前景非常廣闊。